Optisk kodare: funktion, typer, gränssnitt och dess tillämpningar

Encoder är en rörelsedetekterande enhet som ger feedback inom en slutna styrsystem . Huvudfunktionen för en kodare är att ändra den roterande rörelsen eller linjära rörelsen hos en enhetsdel till en elektrisk signal varefter den levererar till styrsystemet, genom att använda en kodare, den exakta placeringen av enhetskomponenter, rotationshastigheten eller dess riktning och vinkeln & nr. av motoraxeltransformationer kan kännas igen. Det finns olika typer av kodare tillgängliga på marknaden som klassificeras utifrån typ av teknik, rörelse, olika parametrar etc. Kodare baserade på rörelse klassificeras i linjär, roterande och vinkel. Kodare baserade på position klassificeras i absolut kodare och inkrementell kodare . Kodare baserade på avkänningsteknik klassificeras i optiska, magnetiska och kapacitiva. Kodare baserade på kanalen klassificeras i enkelkanal och kvadratur. Den här artikeln diskuterar en översikt över en av typerna av kodare, nämligen optisk kodare – arbete och dess tillämpningar.

Vad är Optical Encoder?

En elektromekanisk enhet som används för att ändra positionen från roterande eller linjär till en elektrisk signal genom att använda en ljuskälla, ett optiskt gitter och en fotokänslig detektor kallas den optiska kodaren. Dessa kodare används i stor utsträckning i olika verktygsmaskiner, kontorsutrustning och som högprecisionssensorer för positionskontroll i industrirobotar.

Design av optisk kodare

Den optiska kodaren är designad med en lysdiod, fotosensorer och en skiva känd som ett kodhjul inklusive slitsar i radiell riktning och detekterar roterande positionsdata som en optisk signal. När ett kodhjul anslutet till en roterande axel som en motor roterar kommer en optisk signal att genereras baserat på om ljus som produceras från ett permanent ljusemitterande element passerar genom ett kodhjuls slits eller inte. Fotosensorn upptäcker den optiska signalen och ändrar den till en elektrisk signal och matar ut den.

Ljusemitterande enhet

I optiska kodare används billiga IR-lysdioder även om ibland färgade lysdioder med kortare våglängder används för att innehålla ljusdiffusion. Dessutom används dyra laserdioder där hög upplösning och hög prestanda behövs.

Lins

LED-ljuset är diffust ljus genom liten riktning så att en konvex lins används för att göra parallell.

Kodhjul

Kodhjulet ser ut som en skiva inklusive slitsar som tillåter eller blockerar det utsända ljuset från ljusdiod . Kodhjulet är tillverkat av metall, glas och hartsmaterial. Här är metallmaterial starkt mot temperaturfuktighet och vibrationer.

Hartsmaterialet är inte dyrt men lämpligt för massproduktion och används för konsumentbaserade applikationer. Glasmaterial används främst där maximal upplösning och precision är nödvändig. Dessutom är en fast slits anordnad nära kodhjulet för att klargöra passerande eller blockering av ljuset från LED passerar genom kodhjulet och går in i ljusuppsamlingselementet.

Fotosensor

En fotosensor är normalt en fototransistor/fotodiod gjord av halvledarmaterial som kisel, germanium och indiumgalliumfosfid.

Hur fungerar optisk kodare?

En optisk kodare detekterar helt enkelt de optiska signalerna som passerar genom slitsen och ändrar dem till elektriska signaler. Jämfört med den magnetiska kodaren är denna kodare mycket enkel att förbättra noggrannheten och upplösningen att använda i applikationer där ett starkt magnetfält produceras. Den optiska kodaren tillåter olika kontroller för att mäta olika typer av rörelse. Dessa kodare erbjuder mycket exakta återkopplingssignaler som används för att verifiera den faktiska motorns eller linjära ställdonets position, acceleration och hastighet.

Optisk kodare Arduino

Här ska vi lära oss hur man ansluter en optisk roterande encoder med hjälp av arduino uno . Detta är en mekanisk anordning med en roterande axel i ett cylindriskt hus. På en cirkulär platt skiva finns det två uppsättningar slitsar. På vilken sida som helst av denna skiva är optiska sensorer anslutna där sändaruppsättningen är på ena sidan och mottagaren som skickas på en annan sida. Närhelst den slitsade skivan kretsar mellan sensorn skär den av optisk sensor , så signalen kommer att produceras vid mottagarändarna. Här är mottagaren kopplad till en mikrokontroller för bearbetning av genererad signal, på detta sätt kan vi identifiera hur mycket axeln roterar. Axelrotationsriktningen kan bestämmas genom att helt enkelt jämföra signalens polaritet för två o/ps eftersom de två uppsättningarna av slitsar på den cirkulära skivan är i någon förskjutning.

Den optiska kodarens gränssnitt med Arduino visas nedan. De komponenter som krävs för detta gränssnitt inkluderar huvudsakligen en optisk kodare, Arduino Uno-kort och anslutningskablar. Anslutningarna för detta gränssnitt följer som;

• Den röda tråden i denna kodare är ansluten till Arduino Unos 5V-stift.
• Den svarta tråden i denna kodare är ansluten till Arduino Unos GND-stift.
• Den vita färgkabeln (OUT A) på en optisk kodare är ansluten till Arduino Unos avbrottsstift som Pin-3.
• Den gröna färgkabeln (OUT B) på denna kodare är ansluten till Arduino Unos andra avbrottsstift som Pin-2.

Här ska utgångsledningarna från den optiska kodaren som vita och gröna färgkablar endast anslutas till avbrottsstiftet på Arduino Uno-kortet, om inte kommer Arduino-kortet inte att spela in varje puls från denna kodare.

Koda

flyktig lång temp, räknare = 0; //Denna variabel kommer att öka eller minska beroende på omkodarens rotation
void setup()

{

Serial.begin (9600);

pinMode(2, INPUT_PULLUP); // intern pullup-ingång stift 2
pinMode(3, INPUT_PULLUP); // internเป็น pullup-ingångsstift 3
//Ställa in avbrott
//En stigande puls från encodenren aktiverad ai0(). AttachInterrupt 0 är DigitalPin nr 2 på Arduino.
attachInterrupt(0, ai0, RISING);
//B stigande puls från encodenren aktiverad ai1(). AttachInterrupt 1 är DigitalPin nr 3 på Arduino.
attachInterrupt(1, ai1, RISING);
}
void loop() {
// Skicka värdet på räknaren
if( counter != temp ){
Serial.println (räknare);
temp = räknare;
}
}
void ai0() {
// ai0 aktiveras om DigitalPin nr 2 går från LÅG till HÖG
// Kontrollera stift 3 för att bestämma riktningen
if(digitalRead(3)==LOW) {
räknare++;
}annan{
disken-;
}
}
void ai1() {
// ai0 aktiveras om DigitalPin nr 3 går från LÅG till HÖG
// Kontrollera med stift 2 för att bestämma riktningen
if(digitalRead(2)==LOW) {
disken-;
}annan{
räknare++;
}
}
När ovanstående kod har laddats upp till Arduino Uno-kortet, öppna sedan den seriella monitorn och vrid axeln på den optiska kodaren. Om du vrider den optiska omkodaren medurs kan du märka värdeökningen och om du vrider denna kodare moturs kommer värdet att minska. Om värdet visar omvänd betyder att man ger ett negativt värde för en medurs rörelse. Så du kan vända de vita och gröna ledningarna.

Typer av optiska kodare

Optiska kodare finns i två typer av transmissiv typ och reflekterande typ som diskuteras nedan.

Transmissiv typ

I en optisk kodare av transmissiv typ märker fotosensorn om den emitterade ljussignalen från de ljusemitterande dioderna passerar eller inte genom kodhjulets slits. De huvudsakliga fördelarna med en optisk kodare av transmissiv typ inkluderar; det förbättrar signalens noggrannhet lätt och enkel utveckling på grund av den ganska enkla optiska banan.

Reflekterande typ

I en optisk kodare av reflekterande typ märker fotosensorn om den emitterade ljussignalen från den lysande dioden reflekteras eller inte genom kodhjulet. Fördelarna med optiska kodare av reflekterande typ inkluderar huvudsakligen; den är enkel att miniatyrisera och tunna ut. Eftersom dessa är designade genom staplingstekniken; då kan monteringsproceduren förenklas.

Optisk kodare vs magnetisk kodare

Skillnaden mellan en optisk kodare och en magnetisk kodare inkluderar följande.

Fördelar och nackdelar

De fördelarna med en optisk kodare inkluderar följande.

• Den optiska kodaren förbättrar enkelt noggrannheten samt en upplösning genom att utveckla slitsformen eftersom den har en mekanism för att upptäcka om ljus från LED passerar eller inte genom skåran.
• Denna kodare påverkas inte av det närliggande magnetfältet.
• Dessa kodare ger de högsta upplösningarna.
• Dessa är mer motståndskraftiga mot störningar av elektriskt brus från virvelströmmar.
• Dessa kodare har flexibla monteringsmöjligheter.

De nackdelar med optiska kodare inkluderar följande.

• Den största nackdelen med denna kodare är att: den är mekaniskt inte stark.
• Dessa kodare har en tunn glasskiva som kan skadas av extrema stötar eller kraftiga vibrationer.
• Dessa kodare är beroende av 'siktlinje', så de är främst känsliga för smuts, olja och damm.
• Optiska skivor i denna kodare är normalt utformade med antingen plast eller glas så det finns större chans att skadas av extrema temperaturer, vibrationer och föroreningar.

Ansökningar

De tillämpningar av optiska kodare inkluderar följande.

• Dessa kodare är idealiska för applikationer som kräver en hög nivå av precision och noggrannhet.
• Dessa används där ett starkt magnetfält produceras.
• Det är tillämpligt i enheter som använder motorer med stor diameter.
• Dessa kodare hjälper till att detektera de optiska signalerna som passerar genom slitsen och ändra dem till elektriska signaler.
• Dessa kodare är till stor hjälp för att mäta och kontrollera roterande rörelse över ett brett spektrum av applikationer som spektrometrar, labbutrustning, centrifuger, medicinsk utrustning, CT-skanningssystem, etc.
• Dessa pulsgivare används i applikationer med högt vridmoment i extremt trånga områden.
• Dessa används i programmerbara inspektionsenheter.
• Dessa används i kommersiell eller industriell utrustning.
• Dessa används i kemikaliedoseringsutrustning.

1). Varför används optiska kodare?

Optiska kodare förbättrar enkelt noggrannheten och upplösningen jämfört med den magnetiska kodaren. Så dessa kan användas varhelst ett starkt magnetfält skapas.

2). Vad är utsignalen från en optisk kodare?

Den optiska kodarutgången är en elektronisk puls som används som en 'klocka' för datasamplingen.

3). Vad är upplösningen för en optisk kodare?

Upplösningen för en optisk kodare är 20k pulser för varje hjulvarv som används för vägmätningsberäkningar.

4). Varför är kodare bättre än potentialometrar?

Kodare kan rotera i liknande riktning under en obestämd period medan en potentiometer normalt vrider ett enda varv.

5). Vilken typ av kodare används ofta inom robotik?

Optiska kodare används i robotteknik för att registrera absoluta eller inkrementella mätningar.

Detta är en översikt över en optik kodare – typer , gränssnitt, arbete och applikationer. Optiska kodare använder ljus som passerar genom glas och identifieras genom en mottagare. Dessa typer av kodare är mycket exakta och mycket nödvändiga komponenter i olika mekaniska system i många industrier för att ge exakt återkopplingsinformation. Här är en fråga till dig, vad är en linjär kodare?